Система контроля качества технологических дорог

А.О. Мазманян, к.т.н., региональный менеджер по развитию рынка горного оборудования в СНГ
Скот Вест, региональный менеджер по технической поддержке горного оборудования
И.И. Глушанков, старший коммерческий представитель по техническому обеспечению ООО «Катерпиллар СНГ»

Качество технологических дорог в карьерах оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели работы автотранспорта и безопасность эксплуатации автосамосвалов. Известно, что плохое состояние технологических дорог существенно снижает производительность автосамосвалов, срок службы их основных узлов и агрегатов и приводит к повышенному расходу топлива. В последнее время, в связи с нехваткой крупногабаритных шин на мировом рынке, проблема повышения качества технологических дорог в карьерах приобрела особую актуальность.

На плохих технологических дорогах расходы на шины за весь срок службы автосамосвала сопоставимы со стоимостью самого самосвала. При надлежащем содержании дорог пробег шин может быть существенно увеличен, на отдельных предприятиях в два и более раза.

Существующая практика визуального контроля и экспертной оценки состояния технологических дорог дорожными службами горного предприятия и водителями автосамосвалов не позволяет точно оценить качество дорожного полотна. Причем процесс визуального контроля дорожного полотна не отличается высокой оперативностью, особенно в условиях больших карьеров, где протяженность технологических дорог может составлять 50 км и более.

В настоящее время для определения качества технологических дорог успешно используются бортовые системы, смонтированные на самосвалах компании Caterpillar.

Большегрузные самосвалы компании Caterpillar включают в стандартной комплектации бортовой компьютер VIMS (Vital Information Management System -система сбора и хранения основной информации), являющийся комплексной системой, которая контролирует работу самосвала и отображает основные параметры машины в масштабе реального времени. Одной из функций VIMS является Data Logger (регистратор событий), который обеспечивает во время работы самосвала автоматическую регистрацию более 250 его основных параметров в течение 30 минут с частотой в 1 секунду. Поступающие данные позволяют быстро выявить и устранить неполадки в работе систем, а также проанализировать действия водителя самосвала по предотвращению неполадок.

Эти данные можно выгрузить на персональный компьютер или передать по радиоканалу, после чего память Data Logger будет свободна в течение последующих 30 минут для сбора и хранения данных с датчиков самосвала.

Часть данных с Data Logger (давление в передних и задних подвесках, скорость движения самосвала, выбранная передача и др.) могут быть обработаны с помощью компьютерной программы CaterpillarFPO (FleetProduction Optimization - оптимизация работы парка) для определения качества технологических дорог.

С помощью этой программы сравнивается давление в каждой подвеске с давлениями в остальных подвесках. Давление в подвесках измеряется вмонтированными в них датчиками (фото 1). Неравенство давлений в подвесках, расположенных по диагоналям (Rack) характеризует скручивающие раму диагональные нагрузки, проявляемые при попадании груженого самосвала колесом в яму или при наезде на камень. Возникающие при этом продольные динамические нагрузки передаются на раму, колеса и другие основные узлы и агрегаты, снижающие срок их службы.

В случае аварийного торможения, проезда ям или наезда на препятствия, сопоставимым по размерам с шириной автосамосвала, возникают продольные динамические нагрузки, распространяющиеся от передней оси самосвала к задней, приводящие к неравенству между суммарным давлением в передних подвесках по отношению к задним (Pitch).

Боковая раскачка рамы (слева направо вдоль оси самосвала) может быть вызвана неравномерной загрузкой самосвала или высокой скоростью его движения на неправильно профилированных виражах, которые приводят к разности суммарных давлений между левыми и правыми подвесками (Bias). Анализ значений Rack, Pitch и Bias совместно с положением дроссельной заслонки и соответствием выбранной передачи дорожным условиям позволяют определить качество дорожного полотна с привязкой к конкретному участку. Требуется определенный навык для правильной интерпретации указанных данных и определения проблемных участков дорожного полотна.

По заявкам горных предприятий компания Caterpillar совместно со своими официальными дилерами регулярно проводит исследования качества технологических дорог с выдачей рекомендаций по их улучшению. В ходе таких исследований определяются проблемные участки дорожного полотна, затем эти участки ремонтируются, и определяется прирост производительности самосвалов на данной технологической дороге. Одновременно также проводится обучение местного персонала для работы с бортовым компьютером VIMS и программой FPO.

Одно из таких исследований было проведено на одном из ГОКов в Украине. На технологической дороге для вывозки вскрыши автосамосвалами Caterpillar 785Сс плечом в 2556 м были проанализированы разности значений давлений в подвесках автосамосвала Rack, Pitch и Bias, положение дроссельной заслонки, скорость самосвала и соответствие выбранной передачи дорожным условиям (рис. 1).

Проведенный анализ позволил выявить участки дорожного полотна, после ремонта которых возможно повышение скорости движения самосвала и снижение количества переключения передач, что облегчает работу водителя. Были выбраны три наиболее проблемных участка дороги «А», «В» и «С» (см. рис. 1) для последующего ремонта и оценки повышения производительности самосвалов за счет сокращения времени рейса самосвалов. Общая длина выбранных участков дороги составила 17% от плеча вывозки вскрыши.

На участке «А» видно, что водитель часто меняет положение дроссельной заслонки и вынужден временно переключиться на пониженную передачу. Значения Rack и Bias при этом превышают допустимые (белая зона на графике разницы давлений в подвесках, см. рис. 1). Такая комбинация параметров свидетельствует о частом изменении угла наклона дорожного полотна. Визуальный осмотр впоследствии подтвердил, что на данном участке дороги дорожное полотно имело волнообразный характер типа «стиральной доски». Дорожная служба перепрофилировала данный участок дороги, устранив сегменты дорожного полотна с различными наклонами, и придала всему участку постоянный поперечный уклон.

На участке дороги «В», который был выполнен в виде узкого поворота на 180° без виража и с ограниченным обзором, водители вынуждены были снижать скорость для безопасного прохождения данного участка. После выхода из поворота, когда хорошо просматривается дорога, водители увеличивали скорость с переходом на третью передачу. Дорожная служба расширила поворот и придала ему необходимый уклон для исключения боковых нагрузок на самосвал (фото 2).

Участок дороги «С», примыкающий к отвалу, схож с участком «А». Также, как и на участке «А», наблюдаются резкие изменения уклона дорожного полотна и волнообразность. Это характерно для участка дороги, примыкающей к отвалу, когда с накоплением материала в зоне отвала повышается его отметка, но при этом не изменяется профиль всей дороги, но конечная секция - становится все более крутой. При этом сокращается видимость из-за перегибов дорожного полотна.

Уровни Bias и Rack выходят за допустимые пределы из-за волнистости, выбоин и ям на дорожном полотне. Дорожному полотну на данном участке был придан постоянный уклон в 10%.

На рис. 2, 3 показаны изменения значений Pitch, Bias, Rack, скорости самосвала, положения дроссельной заслонки на отремонтированных участках дороги. Участки дорог после их улучшения самосвал проходит на 3-й передаче и с большей скоростью.

Значения Rack и Bias значительно снизились и не выходят за нормативные значения. Соответственно повысилась уверенность водителя (большую часть времени дроссельная заслонка находится в максимальном положении) и его безопасность. Самосвал больше времени движется на одной и той же передаче, что снижает динамические нагрузки на трансмиссию, раму и бортовые редукторы, продляя срок службы основных узлов и агрегатов.

После перепрофилирования и ремонта дорожного полотна на всех выбранных участках «А», «В», «С» вновь было замерено время рейса самосвала. Сокращение времени рейса в среднем составило 26 секунд по всем трем участкам. Расчеты показывают, что дополнительный прирост производительности за счет сокращения времени рейса самосвала составит более 37.5 тыс. т в год при существующей средней загрузке самосвалов 124.7 т. Такая низкая средняя загрузка обусловлена, в частности, и низким качеством технологических дорог. Улучшение качества дорог позволит поддерживать среднюю загрузку самосвала на номинальном уровне в 140 т без опасений преждевременного выхода из строя основных узлов и агрегатов. При этом дополнительный прирост производительности на один самосвал может составить около 300 тыс. т в год, что составляет примерно 14% от текущей производительности самосвала.

Повышение производительности самосвалов за счет улучшения качества дорожного полотна и сокращения времени рейса самосвала только один из факторов, улучшающих технико-экономические показатели работы парка самосвалов. Другими факторами, обеспечивающими значительную экономию на эксплуатационных расходах самосвалов, являются: снижение расходов на топливо и шины, продление сроков службы основных узлов и агрегатов самосвалов, более полное и эффективное использование вспомогательной и дорожной техники, обеспечение более комфортных и безопасных условий работы водителей.

Весь анализ качества дорожного полотна на плече в 2556 м занял менее двух часов. Анализ всех дорог на рассматриваемом ГОКе, с протяженностью около 34 км, может быть проведен в течение нескольких смен. Таким образом, в течение короткого периода времени, используя бортовой компьютер VIMS и программу FPO, можно получить количественную оценку качества всех технологических дорог в карьере и разработать план их ремонта и поддержания качества технологических дорог на требуемом уровне.

Система контроля качества технологических дорог с помощью бортовых систем на автосамосвалах компании Caterpillar успешно применяется на многих горных предприятиях по всему миру. Управление качеством технологических дорог становится обычной практикой большинства успешно работающих горных компаний.

* * *

Первые отзывы горных предприятий СНГ, использующих бортовые системы на самосвалах компании Caterpillar для определения качества технологических дорог - положительные и вселяют уверенность в том, что эта система поможет горным предприятиям повысить производительность труда, снизить эксплуатационные затраты при вывозке горной массы автомобильным транспортом и улучшить условия и безопасность труда водителей самосвалов.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2008, стр.28